基于LQG-LTR方法的艦載飛機自動著艦系統(tǒng)設計的理論及仿真研究.pdf

1、航空母艦已有80多年的發(fā)展歷史，特別是在近年來的幾次現(xiàn)代化局部戰(zhàn)爭中，航空母艦及艦載飛機成為取得戰(zhàn)爭勝利的關鍵手段。艦載機作為航母的主要攻擊力量，在其飛行的各個階段中，安全著艦是最困難的任務之一。艦載機的著艦環(huán)境十分惡劣。有限的著陸空間，艦體的運動，艦尾氣流的擾動，飛機模型不確定性等等因素都不利于飛機的安全著艦。
　　為了加強艦載機著艦的安全性，減輕飛機駕駛員的負擔，艦載機自動著艦系統(tǒng)(ACLS)便應運而生。ACLS的目的是幫助飛

2、行員駕駛飛機在較惡劣的條件下著艦。因此，ACLS系統(tǒng)的抗擾動性能及魯棒穩(wěn)定性就顯得尤為重要。而目前應用于ACLS系統(tǒng)的設計方法對于較強擾動的環(huán)境下效果都不是特別理想，為了達到理想的著艦效果，就要求ACLS系統(tǒng)的設計方法具有上述優(yōu)良性能。
　　本文采用的設計方法為LQG/LTR方法。LQG方法，即線性二次型高斯方法，是用來處理有隨機噪聲干擾或模型狀態(tài)無法直接測量的情況下的狀態(tài)反饋最優(yōu)化設計方法。其本質是附帶卡爾曼濾波器的最優(yōu)二次型控

3、制器。為了加強其魯棒性，Doyle和Stein提出了一種線性多變量控制設計方法，稱為線性二次高斯恢復(LQG/LTR)方法。該方法的實質是先設定一滿足頻域各性能指標及魯棒性要求的目標回路，隨后設計一個基于模型的補償器，在輸入端或輸出端恢復目標回路的各項特性。
　　本文的主要工作是將LQG/LTR方法應用到艦載飛機的自動著艦系統(tǒng)中。為此，本文首先概述了航空母艦和艦載機的發(fā)展歷史，艦載機的起飛和著陸以及ACLS系統(tǒng)的設計方法，隨后依次

4、討論了艦載機的著艦環(huán)境，即航母的運動和艦尾流的模型、艦載飛機的動力學模型以及LQG/LTR方法的發(fā)展歷史及設計方法。最后設計了基于LQG/LTR方法的ACLS系統(tǒng)并進行仿真驗證。
　　仿真結果表明，運用LQG/LTR方法設計的自動著艦系統(tǒng)魯棒性能優(yōu)良，在多重擾動存在的著艦環(huán)境中可以引導艦載機準確著艦，且著艦誤差很小。為了進一步測試系統(tǒng)魯棒性能，本文進行了10組不同擾動形式下的著艦仿真，并進行了誤差統(tǒng)計，結果同樣良好。
　　為